基于区域监测站的BDS定轨策略分析

围绕影响轨道精度和实时性的5个要素（模糊度分类固定、测站数量、定轨弧长、太阳光压模型和多系统组合）展开研究,得出区域测站分布下的定轨优选策略。实验表明,选取中国区域27个均匀分布的地面区域监测站,利用72 h弧长观测数据,采用ECOM 5参数简化太阳光压摄动模型、BDS/GPS双系统联合定轨可达到较好的精度,其中GEO卫星轨道精度约291 cm,IGSO/MEO卫星轨道精度优于11 cm。若BDS单系统采用上述策略进行定轨,也可达到GEO卫星299 cm和IGSO/MEO卫星14.4 cm的近似等价定轨精度。     

光压模型对GPS精密单点定位的影响

利用全球120个跟踪站2019年doy110~139观测数据进行GPS精密定轨;然后采用ECOM1、ECOM1+BW、ECOM1+ABW等3种光压模型,使用7个未参与定轨的测站进行PPP实验。结果表明,ECOM1+ABW组合模型轨道精度最高,非地影期三维轨道精度优于4 cm;对于静态PPP,收敛后水平方向精度优于0.8 cm,垂直方向精度优于1.2 cm;对于动态PPP,收敛时间在30 min左右,收敛后水平方向精度优于1.4 cm,垂直方向精度优于2.0 cm。     

GPS/BDS联合定轨对北斗卫星轨道的影响分析

为研究不同条件下GPS/BDS联合定轨对北斗卫星轨道的影响,在不同测站分布条件下采用不同定轨弧长分别进行GPS/BDS联合定轨和BDS独立定轨,并从轨道重叠弧段不符值、与MGEX分析中心产品比较以及卫星激光测距检核残差3个方面详细比较两种定轨方法的精度。结果表明,区域网条件下,联合定轨能够显著提升1 d解北斗IGSO/MEO卫星的轨道精度,但对3 d解的北斗各类卫星定轨精度的改善较小;全球网条件下,无论是采用1 d还是3 d定轨弧长,联合定轨均能在一定程度上改善北斗IGSO/MEO卫星轨道沿迹方向和法向的精度,但对径向绝对精度的改善较小;而对于北斗GEO卫星,全球网条件下的联合定轨对其轨道各方向精度的影响均较小。     

利用CODE新光压模型的精密定轨研究

采用新光压模型ECOMC和ECOM-9,分别使用5种IGU精密超快速星历进行精密定轨,以最终IGS精密星历作为真值,比较GPS卫星的定轨精度。结果表明,相较于ECOM-9光压模型,ECOMC光压模型能够提升卫星径向、切向和法向的轨道精度,其中径向提升较为明显;对比5种IGU超快速精密星历的定轨结果,ECOMC光压模型定轨精度分别能达到5 cm、3.5 cm、2.5 cm、1.5 cm和1.5 cm,优于ECOM-9。     

北斗三号B1C/B2a新信号精密定轨性能分析北大核心CSCD

为分析评估BDS-3新信号(B1C和B2a)的定轨服务水平,收集2021-05-01~06-30全球均匀分布的69个MGEX测站观测数据对B1C和B2a信号精密定轨性能进行评估。48 h重叠弧段结果表明,使用B1C/B2a组合观测值时,BDS-3 MEO卫星轨道3D RMS值优于6 cm,径向优于2 cm,激光测距检核残差优于4 cm。此外,单BDS-3 MEO及BDS-3 MEO+Galileo两种情况下新老信号精密定轨结果表明,前者新老信号定轨精度相差不超过1 mm,定轨性能基本相当;后者B1C/B2a新信号相比于B1I/B3I老信号呈现出更优的定轨性能,其3D RMS提升0.38 cm。     

基于TIN网的全球选站研究及精密定轨应用

基于不规则三角网（TIN）拓扑关系选站方法,研究卫星精密定轨的精度、效率及测站饱和点的关系。实验表明,在全球布网的条件下,70个跟踪站可完成优于3 cm的精密定轨,且解算效率相比140个跟踪站提升2倍;跟踪站数达到90,精度提升放缓。     

基于运动学和简化动力学的SWARM卫星精密定轨研究

基于运动学和简化动力学方法,使用星载GPS观测数据,对SWARM卫星进行精密定轨,将轨道结果与ESA发布的事后科学轨道进行作差分析。结果表明：运动学轨道径向、切向和法向7 d平均RMS均小于3 cm,定轨精度达到cm级;简化动力学轨道径向平均RMS在0.65 cm左右,切向和法向在1.3 cm左右,高于预期要求。此外,使用IGS快速星历对SWARM卫星进行定轨,其精度与精密定轨精度近似相等,而在SWARM卫星近实时定轨研究中,使用IGS超快速星历确定的运动学轨道3D-RMS为9.68 cm,简化动力学轨道3D-RMS为3.61 cm,低于IGS快速星历的定轨精度。     

NeQuick2模型在星载单频GPS实时定轨中的应用

在星载单频GPS实时定轨中引入NeQuick2三维电离层延迟改正模型,首先利用GIM对Klobuchar和NeQuick2模型进行精度评估,然后使用不同电离层改正方法模拟仿真星载单频GPS实时定轨实验。结果表明,当卫星轨道低于500 km时,相比于传统的改进Klobuchar改正的定轨精度,利用NeQuick2改正的定轨精度提高0.2 m左右,与双频伪距法定轨精度相当。     

北斗三号组网卫星数据质量分析及单系统定轨精度初步评估

选取2018-01-23起10 d内16个iGMAS测站观测数据,对北斗三号卫星的观测数据质量及BDS单系统精密定轨精度进行评估。初步结果表明,老信号B1I、B3I北斗三号卫星的信噪比略强于二号卫星,噪声与多路径基本相当,均在0.1 m量级,新卫星不存在星内多路径偏差。新信号B1C/L1/E1频点GPS信噪比最强,Galileo和BDS卫星相当,B2a/L5/E5a和B2b/E5b各系统基本相当;噪声及多路径方面,B1C/L1/E1频点GPS优于BDS、Galileo卫星0.1 m量级,B2a/L5/E5a和B2b/E5b各系统基本相当,均在0.1 m量级,新信号中北斗三号卫星星内多路径偏差基本消失。单系统精密定轨试验中,分别进行有/无GEO卫星策略、太阳光压模型ECOM 五/九参数策略的比较,并使用卫星激光测距数据进行独立检核。初步结果表明,有GEO卫星、ECOM五参数光压模型的定轨精度最好,C19号卫星7个重叠弧段的平均定轨精度在沿迹向、法向、径向的精度分别为32 cm、16 cm、8 cm,与试验卫星的定轨精度基本相当。     

星载单频GPS实时精密定轨模型研究

采用星载单频GPS伪距和相位观测数据，构建单频伪距相位无电离层组合(GRAPHIC)消除电离层延迟误差的影响，同时建立伪模糊度参数随机模型，吸收广播星历中的轨道和钟差误差。对国内外8颗低轨卫星星载GPS实测数据进行单频实时定轨模拟解算，结果表明，使用GRAPHIC组合作为主要观测值，实时定轨位置精度达到0.44~0.55 m，速度精度达到0.37~0.63 mm/s，相比于传统的基于双频伪距观测值的实时定轨方式，定轨精度提升40%左右。根据本文星载单频GPS定轨模型和算法，仅使用低成本的单频GPS观测即可以实现低轨卫星高精度实时定轨。     

基于Kalman滤波的低轨卫星运动学精密定轨快速算法

提出一种改进的Kalman滤波算法,设计并实现了基于Kalman滤波的运动学定轨方法。通过对GRACE卫星实测数据的计算表明,该方法不仅对计算机要求低,计算效率高,而且能达到与最小二乘法相当的定轨精度,可以作为今后高采样率星载GPS数据的定轨方法。     

两种北斗卫星精密定轨方法的对比

给出了北斗卫星单系统和多系统融合非差精密定轨方法的基本原理和主要区别,并结合实测数据,对比分析了两种方法的定轨精度。结果表明,在一定观测条件下,两种方法定轨精度基本相当,GEO卫星三维定轨精度能达到1 m左右,IGSO和MEO卫星能达到0.2~0.3 m,3类卫星径向轨道精度优于10 cm。     

资源三号01星GPS天线相位中心变化在轨估计及对精密定轨的影响

利用资源三号01星（ZY3-01）实测GPS数据,基于简化动力学定轨方法和残差法估计该星GPS天线的在轨相位中心变化（phase center variation,PCV）模型,并分析该星PCV对精密定轨的影响。实验表明,通过考虑PCV模型,ZY3-01星定轨结果在重叠弧段对比上,三维位置RMS值有4.5 mm的精度提升,SLR检核RMS值有1.2 mm的精度提升,且各SLR测站检核结果也均有不同程度的精度提升。     

高精度公共参数对轨道精度的影响分析

受BDS-2、GLONASS、Galileo卫星跟踪站在全球范围内数量少且分布不均匀的影响，在BDS-2、GLONASS、Galileo定轨过程中需要联合GPS解算高精度公共参数，以提高轨道精度。为优化联合定轨的数据处理策略，需要重点分析联合定轨中公共参数对轨道的影响，从理论上分析无电离层组合中公共测站坐标、对流层和接收机钟差参数对多系统联合定轨的贡献量，然后开展单系统和多系统联合定轨实验。结果表明，高精度的公共参数使各单系统的定轨精度有显著提升，BDS-2的IGSO及GLONASS、Galileo定轨精度提升20%，BDS-2的MEO定轨精度提升60%。     

基于全球MGEX数据的北斗导航星座精密轨道确定

利用全球分布的MGEX站观测数据,使用"两步法"以双差方式对北斗卫星进行精密定轨。主要研究北斗卫星轨道确定的处理策略,重点分析轨道确定的流程,并通过实验评价了3种不同类型轨道的精度。结果显示,MEO和IGSO卫星的定轨内符合精度优于0.2m,其中径向优于10cm,外符合精度优于30cm;GEO(以C05号为例)卫星外符合精度优于0.7m,且径向优于10cm。     

HY-2B星载GPS数据质量及简化动力学精密定轨分析

对HY-2B卫星星载GPS数据进行质量检查,分析伪随机脉冲先验值对简化动力学精密定轨的影响。结果发现,在所有时间间隔中,先验标准差为1×10^-8 m/s²时定轨精度最高,最优伪随机脉冲时间间隔为6 min。估计天线相位中心变化（PCV）,分析不同分辨率（10°×10°、5°×5°）PCV模型对定轨结果的影响,并使用载波相位残差、重叠轨道比较和SLR检核对定轨结果进行检验。结果表明,99%以上的历元能观测到4颗以上GPS卫星,数据完整率达到99.65%,L1、L2波段的多路径误差RMS均值分别为15.7 cm、9.5 cm,证明HY2国产接收机性能良好。轨道内符合精度均达到cm级;未加PCV模型时,SLR检核RMS值为27.8 mm,加入10°×10°、5°×5° PCV模型后,SLR检核RMS值分别提高0.9 mm和1.2 mm,说明轨道外符合精度也达到cm级。     

Tianhui-1C卫星数据质量分析及精密定轨

对Tianhui-1C卫星的星载双频GPS数据进行质量分析,利用伪随机脉冲方法进行简化动力学定轨,采用重叠弧段比较法对其精密定轨精度进行初步分析,并从理论上分析星载GPS接收机由单频改为双频对测图精度的影响。实验表明,Tianhui-1C卫星的星载GPS观测数据完整率优于80%,周跳比优于47,L1频点的多路径误差约0.22 m,L2频点的多路径误差约0.23 m,LC组合观测值的验后残差RMS优于9.7 mm。采用轨道重叠弧段比较法对两个时段共48 h的星载GPS数据进行精密定轨精度比较,三维精度优于3.65 cm。定轨精度的提高,可使无地面点控制条件下等高线间距（CI）精度提高3.866 m,高程误差提高1.171 m。     

资源三号02星双频GPS快速精密定轨

采用资源三号02星双频GPS观测数据和CODE快速星历,利用非差简化动力学方法实现卫星精密定轨。通过卫星轨道重叠弧段检验,轨道径向精度优于3.90 cm,位置精度优于5.52 cm。利用SLR观测数据检核卫星轨道,精度优于4 cm。采用轨道外推和瞬时根数方法预报轨道,12 h内切向精度优于30 m。     

利用超快速精密星历约束的北斗卫星实时精密定轨

以广播星历为起算轨道的北斗卫星实时滤波精密定轨往往需要较长收敛时间,针对此,提出利用超快速精密星历约束的实时精密定轨方法。通过MGEX跟踪网全球分布的51个测站连续7 d的实测数据,利用平方根信息滤波对北斗卫星实时精密轨道进行确定,并以3 d解事后轨道作为参考,评估北斗卫星实时滤波轨道精度。结果表明,利用广播星历作起算轨道时,北斗实时滤波轨道平均需要经过15 h收敛才能达到稳定,而新方法在这段时间内轨道变化较为平稳,未出现明显的收敛现象,并且7 d时间内GEO卫星在切向、法向和径向上RMS分别优于2.5 m、20 cm和30 cm,IGSO和MEO卫星在3个方向上分别优于30 cm、15 cm和10 cm。
     

两种电离层延迟改正模型对星载单频GPS实时定轨精度的影响

采用单频星载GPS实测伪距和载波相位观测值,结合不同的电离层延迟改正模型进行模拟实时定轨实验,分析单频实时定轨的精度。不同轨道高度的低轨卫星实验结果表明,在卫星轨道较高(500 km以上)时,使用单频伪距观测值与改进的Klobuchar模型,实时定轨位置精度可达0.86 m(三维RMS),速度精度可达0.9 mm/s,接近甚至优于双频伪距实时定轨的轨道精度;使用单频码相无电离层组合观测值时,实时定轨位置精度可达0.54 m,速度精度可达0.55 mm/s。采用合适的电离层延迟改正模型,廉价的单频星载接收机可应用于微小卫星的实时定轨。